Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor

Curs
8/10 (1 vot)
Domeniu: Ecologie
Conține 5 fișiere: pdf
Pagini : 75 în total
Cuvinte : 36686
Mărime: 3.68MB (arhivat)
Cost: Gratis
Profesor îndrumător / Prezentat Profesorului: Marculescu mihai

Extras din document

CAP.1

PRINCIPII GENERALE ALE MODELĂRII ŞI SIMULĂRII PROCESELOR DE EPURARE

1.1. Aspecte generale

Analiza proceselor din staţiile de epurare a apelor uzate presupune realizarea unor modele (model fizic, chimic, biologic, matematic etc.).

Modelarea este acţiunea de a reflecta un fenomen şi rezultatul acestei acţiuni. Modelarea are drept scop studierea unui fenomen inaccesibil cercetării directe cu ajutorul unui model elaborat în condiţii şi prin mijloace ce pot garanta validitatea rezultatelor teoretice obţinute. Modelele pot fi modele fizice care identifică desfăşurarea proceselor din punct de vedere fizico-chimico-biologice sau modele matematice care prin ecuaţii şi soluţiile lor descriu fenomenele.

Termenul de model este folosit pentru a descrie un material ce poate servi la orientare sau în cazul unei reproduceri sau imitaţii. Modelul în ştiinţă poate fi considerat a fi un material cu ajutorul căruia se pot studia indirect proprietăţile, modul de evoluţie sau transformarea unui sistem mai complex cu care primul sistem prezintă o analogie. Odată cu dezvoltarea calculatoarelor, reprezentarea proceselor prin modele matematice a luat amploare.

Modelul matematic este reprezentat prin sistemul de ecuaţii care corelează mărimi dimensionale sau adimensionale, deoarece fiecare simbol este asociat unei anumite mărimi de natură fizică, chimică sau biologică, condiţiile iniţiale şi la limită, caracteristicile de evoluţie spaţiale, temporale, sistemele de restricţie a criteriilor adimensionale şi ale parametrilor de bază care să reflecte desfăşurarea cât mai exactă a acestuia. Modelul matematic va reflecta comportarea statică şi/sau dinamică a procesului în vederea identificării zonelor de optim funcţional (acestea pot fi în exteriorul gamei de evoluţie a parametrilor). A modela matematic un proces înseamnă, de fapt, a-l descrie printr-un sistem de ecuaţii şi elementele anexe necesare identificării şi obţinerii soluţiei cazului concret care abstractizează realitatea fizică printr-o descriere şi rezolvare matematică.

Obiectivul principal al modelării proceselor de epurare este utilizarea cunoştinţelor matematice în procesele dinamice fizico-chimice şi biologice cu scopul de a estima şi identifica cu o precizie cât mai bună evoluţia fenomenelor. Pe această cale se va dispune de o metodă care va permite studiul şi controlul strategic al procesului complex.

Modelele trebuie să fie elaborate cât mai simplu, fără însă a altera structura şi evoluţia procesul studiat. Rezultatele trebuie să prezinte un anumit grad de certitudine astfel încât ele să poată fi realmente utile utilizatorului (inginer, cercetător, proiectant etc.). Această certitudine se poate obţine numai dacă există o acurateţe în conceperea, scrierea şi rezolvarea modelului matematic, deoarece, este bine ştiut, că nici un model nu poate reflecta decât o anumită situaţie. Generalizările modelului construit prin simplificarea sistemelor de ecuaţii (care şi acestea nu pot reflecta cu exactitate realitatea datorită numeroaselor simplificări, neglijări de termeni şi reduceri) pot fi periculoase şi pot conduce la concluzii greşite. Ca urmare este necesară efectuarea unui studiu de validitate a modelului care va pune în evidenţă limitele acestuia şi gradul de certitudine a rezultatelor.

Se precizează că modelul matematic este o simplificare a realităţii care apare în procesele din natură şi industrie. În special în situaţia în care se caută modelarea proceselor de epurare, cum este subiectul cărţii de faţă, se semnalează că modelul poate fi îndepărtat de realitatea naturală datorită multitudinii parametrilor de natură diferită din care numai o parte poate fi cuprinsă în relaţiile matematice.

Simularea în tehnică se poate realiza în mai multe moduri: a) în laborator pe modele asemenea cu fenomenul natural; b) în staţii pilot pe instalaţii similare cu cele naturale; c) teoretică, prin prelucrarea modelului pe calculator.

Simularea numerică procesului este reprezentată prin conceperea, programarea şi rularea pe calculator a modelului matematic.

Modelarea şi simularea este un proces care se poate realiza prin trei paşi: a) identificarea mecanismului procesului; b) construirea relaţiilor matematice care descriu procesul; c) programarea într-un limbaj oarecare: C, C++, Pascal, Basic etc.

Problemele proceselor unitare sau o tehnologie în ansamblu pot fi studiate cu costuri reduse şi cu suficientă precizie prin modelare matematică. Dar o descriere exactă, din toate punctele de vedere, a procesului tehnologic unitar poate conduce la un sistem de ecuaţii, în general cu derivate parţiale de ordin mai mare ca doi, foarte complicat şi deci dificil de rezolvat. Este, aşadar, recomandabil fie să se lucreze în zone de automodelare (caracterizate prin faptul că numai unele dintre criteriile de similitudine

Modelarea 2 şi simularea proceselor de epurare

sunt preponderente), fie să se analizeze din punct de vedere ingineresc parametrii şi mărimile ce pot fi neglijate şi care evident vor conduce la ecuaţii mai simple fără a afecta fenomenul fizico-chimic-biologic.

În problemele de modelare pot apare o serie de greşeli care conduc la îndepărtarea studiului de realitate: a) greşeală care se strecoară în dezvoltarea matematică formală a procesului; b) ipotezele formulate la începutul modelării sunt incorecte; c) simplificarea ecuaţiilor matematice este prea drastică şi rezultatele obţinute se abat de la realitate; d) intuiţiile celui care formulează problema sunt incorecte; e) este necesară elaborarea unui studiu fundamental complet nou care să poată formula o teorie adecvată.

Necesitatea utilizării modelării rezultă din mai multe considerente, cum ar fi: a) modelul matematic este o excelentă metodă de studiu conceptual; b) modelarea este un procedeu strategic de studiu a evoluţiei procesului; c) modelele sunt deosebit de utile pentru formularea ipotezelor şi a teoriilor; d) modelarea permite controlul automat al procesului şi optimizarea acestuia după validare şi verificarea lui în practică; e) în proiectare, modelul permite studiul impactului parametrilor asupra SEAU; f) modelarea favorizează investigaţia unui număr mare de variante care va permite identificarea soluţiei optime; g) modelarea permite eficientizarea proceselor şi obţinerea unor consumuri minime de energie, costuri minime de exploatare, precum obţinerea performanţelor maxime de calitate a apei; h) în cercetare modelul permite dezvoltarea cunoştinţelor de specialitate asupra proceselor; i) modelul permite analiza performanţelor SEAU pe procese unitare sau referitor la întreaga tehnologie de epurare, care se pot compara cu cele standard, cu valorile maximale sau cu cele impuse de legislaţie; j) pentru învăţământul superior modelele permit dezvoltarea cunoştinţelor de specialitate, instruirea studenţilor în metodologia de elaborare a unui model şi perfecţionarea studiilor, elaborarea tezelor de doctorat.

Modelele se clasifică în mai multe categorii:

– în funcţie de numărul parametrilor consideraţi:

• modele reducţioniste – consideră cât mai mulţi parametrii şi efectele acestora asupra procesului;

• modele holistice – consideră doar câţiva parametrii şi principii generale care guvernează procesul;

– în funcţie de relaţia dintre datele de intrare şi cele de ieşire:

• modele interne – răspunsul sistemului se obţine din datele de intrare, luând în considerare mecanismul procesului;

• modele externe (de tip input/output sau black-box) – se bazează pe relaţii empirice între datele de intrare şi de ieşire;

– după modul în care variabilele variază cu timpul:

• modele statice – se utilizează pentru studiul stării staţionare a procesului, când variabilele nu depind de timp;

• modele dinamice – ţin cont de variaţia în timp a variabilelor procesului;

– în funcţie de caracterul aleator sau nu al rezultatelor:

• modele stochastice – rezultatul final nu se cunoaşte cu certitudine, dar se poate exprima ca o distribuţie a rezultatelor posibile;

• modele deterministe – datele de ieşire se determină cunoscând starea prezentă şi valorile viitoare ale datelor de intrare;

– după modul de variaţie a variabilelor de stare:

• modele continui în timp – valorile variabilelor de stare ca funcţii de timp se obţin ca soluţie a sistemului de ecuaţii diferenţiale, ţinând seama de viteza de variaţie a variabilelor;

• modele discrete în timp – se specifică variabilele de stare pe un interval discret al scării de timp, ca funcţie de valorile din intervalul precedent;

– în funcţie de variaţia în spaţiu a variabilelor:

• modele cu parametrii distribuiţi – variabilele distribuite în spaţiu sunt descrise de ecuaţii cu derivate parţiale;

• modele cu parametrii concentraţi – sunt identificate regiunile izotropice ale procesului, iar proprietăţile variabile în timp ale acestor zone sunt apoi exprimate utilizând transferul de masă, energie sau moment de-a lungul frontierei;

– în funcţie de natura ecuaţiilor care stau la baza modelului:

• modele liniare;

• modele neliniare.

Preview document

Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 1
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 2
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 3
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 4
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 5
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 6
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 7
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 8
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 9
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 10
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 11
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 12
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 13
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 14
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 15
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 16
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 17
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 18
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 19
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 20
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 21
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 22
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 23
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 24
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 25
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 26
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 27
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 28
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 29
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 30
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 31
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 32
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 33
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 34
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 35
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 36
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 37
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 38
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 39
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 40
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 41
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 42
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 43
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 44
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 45
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 46
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 47
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 48
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 49
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 50
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 51
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 52
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 53
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 54
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 55
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 56
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 57
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 58
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 59
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 60
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 61
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 62
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 63
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 64
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 65
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 66
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 67
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 68
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 69
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 70
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 71
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 72
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 73
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 74
Principii Generale ale Modelării și Simulării Proceselor de Epurare a Apelor - Pagina 75

Conținut arhivă zip

  • cap1 principii gen.pdf
  • cap2 autoepurare.pdf
  • cap3 sedimentare.pdf
  • cap4 bio.pdf
  • cap5 oxigenare.pdf

Alții au mai descărcat și

SA se Proiecteze Proiectul Tehnologic al Unei Stații de Epurare a Apei Uzate Urbane

Tema de proiectare Să se proiecteze proiectul tehnologic al unei staţii de epurare a apei uzate urbane. Se dau următoarele date: A. Debite de...

Tratarea și Eputarea Apelor Uzate

I. POLUAREA APEI 1.1. POLUAREA APELOR – DEFINIŢII Apa înseamnă viaţă şi din această cauză puritatea ei este un indicator esenţial al calităţii...

Modelarea Procesului de Epurare a Apelor Uzate

Rezumat: Modelarea procesului de epurare a apelor uzate este un intrument util pentru efectuarea evaluarilor capacitatii instalatiei si...

Stație de Epurare

ANSAMBLUL STAŢIEI DE EPURARE O staţie de epurare grupează construcţiile şi instalaţiile destinate a asigura desfăşurarea proceselor de epurare a...

Procese Fizice de Tratare a Apelor Uzate

Principalele grupe de procese fizice au la bază separarea gravitaţională, filtrarea şi transferarea poluanţilor din fază apoasă în altă fază. În...

Modelarea Proceselor Ecologice

Introducere Conceptul de model în ecologie, fără a fi astfel denumit, a fost utilizat încă de la începutul sec. XX. În 1900, Emil Racoviţă ste...

Populații Umane

1. Natalitatea populaţiilor - Factorii care influenteaza decisiv natalitatea unei populatii sunt: - potentialul biotic (ereditar) al speciei de a...

SSM Sanatatea si Secritatea in Munca

Introducere Securitatea şi sănătatea în muncă (S.S.M.) reprezintă un ansamblu de activităţi de ordin social-economic, organizatoric, tehnic,...

Ai nevoie de altceva?